0引言

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展以及水資源的日益緊張，高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)因養(yǎng)殖密度高、水資源利用率高而成為減輕環(huán)境壓力的有效措施[1]。在一個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，水質(zhì)的好壞是系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵之處。對(duì)水環(huán)境的管理與控制是高密度養(yǎng)殖的核心技術(shù)，也一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。然而，在多數(shù)情況下，研究者只關(guān)心系統(tǒng)內(nèi)排放出的廢水部分，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的非溶性污染物的處理，尤其是深度處理，未引起足夠重視，而且在這方面的研究還鮮有報(bào)道。以養(yǎng)殖水循環(huán)利用為特征的循環(huán)流水水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)利用優(yōu)化組合水處理系統(tǒng)雖然能高效地處理氨等可溶性的污染物，但對(duì)處理難度較高的非溶性污染物，還缺少切實(shí)有效的解決辦法。許多養(yǎng)殖系統(tǒng)（尤其是國(guó)內(nèi)），將處理難度大、成本高的非溶性污染物直接排放到自然界中，不可避免地引起環(huán)境污染等問題。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加深以及法律法規(guī)的日趨嚴(yán)格，對(duì)非溶性污染物的處理漸漸被提上議事日程[2]。

1非溶性污染物的來源和特性

在養(yǎng)殖水體這個(gè)特定的生態(tài)系統(tǒng)中，存在著能量輸入和產(chǎn)出之間的不平衡，飼料只有部分被魚類同化吸收，經(jīng)過魚類的新陳代謝而產(chǎn)生尿、糞等廢物，與未被魚類攝食的剩余飼料一起進(jìn)入水體中。據(jù)報(bào)道，進(jìn)入水體的魚類代謝產(chǎn)物（含剩余飼料）占到總投餌量的80%左右，剩余的飼料和代謝產(chǎn)物在適宜溫度下迅速分解，易產(chǎn)生養(yǎng)殖污染[3,4]。Liao和Mayo[5]在對(duì)鮭魚的廢物產(chǎn)生量和投飼量關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)，在水溫10～o15℃時(shí)，每千克飼料投喂會(huì)產(chǎn)生氨0.289kg，亞硝酸氮0.024kg，磷0.0162kg，懸浮物0.52kg。在養(yǎng)殖水體中，非溶性污染物產(chǎn)生于排放廢水的處理過程中，一部分來自于機(jī)械過濾，如沉淀池的固體沉淀和過濾篩對(duì)懸浮固體的攔截以及反沖洗水所攜帶的物質(zhì)；另一部分則來自于生物濾器中，因細(xì)菌的死亡會(huì)使生物膜脫落，需要定期進(jìn)行反沖洗。水產(chǎn)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)所產(chǎn)生的非溶性污染物其組成成分復(fù)雜，且成分隨著魚的種類、飼料成分、飼喂制度和養(yǎng)殖系統(tǒng)方式以及分析方法的不同而有較大的改變，但總的來說是由各種微生物以及無機(jī)、有機(jī)顆粒組成的絮狀物[6]，包括了總固體（TS）、揮發(fā)性固體（VS）、有機(jī)物、N、P和大量的細(xì)菌、病毒、原生生物、寄生蟲卵及其它微生物。這些非溶性固體存在于水中，若不及時(shí)地進(jìn)行處理，會(huì)對(duì)養(yǎng)殖水體和養(yǎng)殖生物造成危害。如非溶性污染物中95%的懸浮物直徑小于20μm，它易產(chǎn)生氨氮，尤其是非離子氨會(huì)對(duì)魚有很大的毒性[7]。此外，固體顆粒會(huì)使生物呼吸困難，且為病菌的繁殖創(chuàng)造了有利環(huán)境，同時(shí)污染物腐爛會(huì)導(dǎo)致水中溶氧降低[8]。

2幾種典型處理系統(tǒng)及資源化方法

2.1屏蔽過濾—沉淀

循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)排放出來的非溶性固體濃度通常比較低，根據(jù)Cripps[9]等的研究發(fā)現(xiàn)，從養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)排放出的固體濃度分別只有1.6～14.1mg/L，0～20.1mg/L和6.9mg/L，但其危害性極大，主要影響?zhàn)B殖的安全和循環(huán)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，為后續(xù)處理和利用提供更為適宜的物流特性條件。屏蔽過濾和沉淀是水產(chǎn)養(yǎng)殖非溶性污染物最常用的預(yù)處理方法，它依靠非溶性固體顆粒直徑的差異和密度差異實(shí)現(xiàn)固體與液體的分離。挪威水利技術(shù)實(shí)驗(yàn)室采用60μm孔目的鼓形濾網(wǎng)對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果顯示SS、TP、TN的去除率分別為67%～97%，21%～86%，4%～89%。造成處理效率差異的原因在于出水濃度的不同；而沉淀效率則與固體顆粒大小和流速有關(guān)[9]。

2.2濃縮—穩(wěn)定化

濃縮就是通過去除固體顆粒間的自由水分，達(dá)到減容目的；穩(wěn)定化則以殺滅和抑制污染物中的微生物為主，從而獲得穩(wěn)定的pH值。Bergheim等[10]對(duì)排放的非溶性污染物做了試驗(yàn)規(guī)模和生產(chǎn)規(guī)模處理研究。該試驗(yàn)主要包括濃縮和穩(wěn)定化兩個(gè)過程。在試驗(yàn)規(guī)模處理系統(tǒng)里，濃縮采用的是底部呈圓錐形的沉淀池；穩(wěn)定化則是在沉淀的廢物中加入生石灰和熟石灰，將pH值提高到12。試驗(yàn)結(jié)束后，固體去除率達(dá)到75%～80%，99.9%的病原菌和細(xì)菌在7天內(nèi)被徹底殺死。生產(chǎn)規(guī)模處理系統(tǒng)則將廢水處理和污染物處理相結(jié)合（如圖1所示），80～100μm孔目的鼓形篩網(wǎng)用于分離廢水中的顆粒物，反沖洗水被送入80μm孔目的鼓形篩進(jìn)行脫水，然后用泵打到沉淀池中，再在池中加入氧化鈣和氫氧化鈣以提高pH值，進(jìn)行無害化處理。該試驗(yàn)結(jié)果表明：鼓形篩的SS的去除率達(dá)到70%～75%，TP的去除率為15%～60%，且90%的顆粒在濃縮池里去除，整個(gè)系統(tǒng)的SS的去除率達(dá)到50%。

2.3珠粒濾器

珠粒濾器又叫膨脹顆粒生物濾器。采用有浮力的、呈惰性的、直徑為3～5mm的聚乙烯珠粒置于濾器中，通過上流的廢水使珠粒呈流化狀，懸浮固體在珠粒表面吸附下來，膨脹的濾床則滯留顆粒，它可兼起機(jī)械濾器和生物濾器的功能。Chen[11]認(rèn)為珠粒濾器特別適合高水力負(fù)荷率，同時(shí)能去除小于100μm的顆粒；Wheaton[12]等人的研究發(fā)現(xiàn)，在負(fù)荷率為80kg/m3珠粒時(shí)，珠粒濾器的固體去除率最高；DeLosReyesJr[13]等人用體積為2.83m3的槳式珠粒濾器對(duì)鱷魚的污染物進(jìn)行處理。結(jié)果表明，其處理能力相當(dāng)于每天處理負(fù)荷為10.3kg蛋白質(zhì)含量為40%的飼料的能力。

2.4人工濕地

在一些地區(qū)，由于土地利用條件的限制以及昂貴的處理設(shè)備、運(yùn)行費(fèi)用，使得人們開始尋求更經(jīng)濟(jì)、更簡(jiǎn)便的方法來處理非溶性污染物。人工濕地內(nèi)種植的植物其發(fā)達(dá)的根系能攔截過濾顆粒固體，根際密集的微生物群能降解有機(jī)物質(zhì)，并為植物生長(zhǎng)所吸收，因此植物可兼具機(jī)械過濾和生物過濾的作用。同時(shí)，還要指出的是植物有助于水分沿著莖和根流動(dòng)，通過蒸發(fā)去除水，相當(dāng)于脫水過程。根據(jù)這些原理，Hofmann,Riggle[14]等人采用人工垂直流濕地（VFW）系統(tǒng)成功地處理了高濃度的水產(chǎn)養(yǎng)殖污泥（1%～7%的固體含量）；Summerfelt等[15]運(yùn)用水平流（HFW）和垂直流（VFW）兩種人工濕地系統(tǒng)，對(duì)鮭魚養(yǎng)殖非溶性污染物進(jìn)行了處理研究（如圖2、圖3所示）。濕地內(nèi)鋪設(shè)沙子、礫石，種植香根草，經(jīng)9個(gè)月的凈化，水平流和垂直流濕地分別降低TSS為96%和98%，COD為72%和91%，兩個(gè)系統(tǒng)的TKN，P，可溶性磷酸鹽減少了82%～93%。試驗(yàn)結(jié)束經(jīng)檢測(cè)，處理后的非溶性污染物比未處理的非溶性污染物降低50%的揮發(fā)性固體（VS）。